软开关技术实现12V/5000A大功率电源的设计

冷和次级水冷相结合的冷却方式，这样考虑主要在于它们的热损耗不同，而且可以大大简化变压器的制作工序。

　　下面以两个变压器组为例（图6 所示） ，说明二极管之间的均流。

　　图6 　多个变压器的连接示意图

　　uin为正时， u1 与u3 为正，二极管D1 与D3 导通，D2 与D4 截止，此时可以得出：

　　当二极管的管压降uD1 与uD3 不等时，由公式（3） 、（4） 、（5） 、（6） 可以得出，两个变压器原边的电压uA与uB 也不等，二极管管压降高的变压器原边的电压就高，反之亦然。由公式（1） 、（2） 得：

　　即流过二极管D1 与D3 的电流始终相等，实现自动均流。可见，变压器的这种连接方式，是靠调整单个变压器原边的电压来实现输出整流二极管的自动均流。

　　多个变压器的这种连接方式，不仅可以使得输出整流二极管实现自动均流，还可以使得变压器的设计模块化，简化变压器的制作工艺，降低了损耗。

　　与一只单个变压器相比，多个变压器的这种连接方式，减小了变压器的变比，增强了变压器原副边的磁耦合性，减小了漏感（实际测量8 个变压器原边串联后的漏感为6μH） ，减小了占空比的丢失。图7 为满载时变压器初级电压 波形VP 和次级电压波形VS ，从图中可以看到占空比丢失不多（大约为5 %） ，使得系统的性能显着提高。

　　图7 　变压器初级和次级电压波形图

　　6 控制电路的设计

　　由于在本电源中使用的开关元件的过载承受能力有限，必须对输出电流进行限制，因此，控制电路采用电压电流双环结构（内环为电流环，外环为电压环） ，调节器均为PID.图8 为控制电路的原理框图。加入电流内环后，不仅可以对输出电流加以限制，并且可以提高输出的动态响应，有利于减小输出电压的纹波。

　　图8 　控制电路的原理框图

　　在实际的控制电路中采用了稳压、稳流自动转换方式。图9 为稳压稳流自动转换电路。其工作原理是：稳流工作时，电压环饱和，电压环输出大于电流给定，从而电压环不起作用，只有电流环工作；在稳压工作时，电压环退饱和，电流给定大于电压环的输出，电流给定运算放大器饱和，电流给定不起作用，电压环及电流环同时工作，此时的控制器为双环结构。这种控制方式使得输出电压、输出电流均限制在给定范围内，具体的工作方式由给定电压、给定电流及负载三者决定。

　　图9 　稳压稳流自动转换电路

　　由于本电源的容量为60kW，为了提高效率、减小体积、提高可靠性，因此，采用软开关技术。高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS 控制方式［1 ］ ，它利用变压器的漏感及管子的寄生电容谐振来实现ZVS 。控制芯片采用Unitrode 公司生产的UC3875N。通过移相控制，超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关，滞后桥臂在75 %以上的负载范围内实现了零电压软开关。图2 为滞后桥臂IGBT的驱动电压和集射极电压波形，可以看出实现了零电压开通。

　　7 总结

　　该电源装置中，使用移相全桥软开关技术，使得功率器件实现零电压软开关，减小了开关损耗及开关噪声，提高了效率；设计并使用了一种新颖的高频功率变压器，通过调整单个变压器的原边电压使输出整流二极管实现自动均流；设计并使用了容性功率母排，减小了系统中的振荡，减小了功率母排的发热。控制电路中采用了稳压稳流自动转换方案，实现了输出稳压稳流的自动切换，提高了电源的可靠性及输出的动态响应，减小了输出电压的纹波。

　　实验取得了令人满意的结果，其中功率因数可达0. 92 ， 满载效率为87 % ， 输出电压纹波小于25mV.不仅如此，各项指标都达到甚至超过了用户要求，而且通过了有关部门的技术鉴定，现已批量投入生产。